Meteorologische Informationen sind essentiell für den Entwurf, den Betrieb und die Bewertung von Solarkraftwerken und ihrer Komponenten. Die Wissenschaftler der Arbeitsgruppe „Solare Energiemeteorologie“ ermitteln die meteorologischen Parameter, die für Solarenergie relevant sind und analysieren ihren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von Solarkraftwerken.
Hauptstandort der solaren Energiemeteorologie des DLR ist die Plataforma Solar de Almería (PSA) im Besitz des spanischen Kooperationspartners CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas). Dort betreiben das DLR-Institut für Solarforschung und CIEMAT gemeinsam die meteorologische Forschungsstation für solare Technologien „METAS“. Des Weiteren werden Messungen in Jülich, Köln und an mehreren Standorten im Mittleren Osten und in Nordafrika durchgeführt, um die dort auftretenden Bedingungen zu bewerten.
Ein entscheidendes Kriterium für die Standortwahl und die Auslegung eines Solarkraftwerks ist die vorhandene Solarstrahlung. Für konzentrierende Kraftwerke ist hier die Direktnormalstrahlung (DNI) relevant, für Photovoltaik oder Flachkollektoren dagegen wird die Bestrahlungsstärke auf eine geneigte Ebene (GTI) benötigt. Die Solarstrahlung ist dementsprechend der zentrale Parameter der solaren Energiemeteorologie, ihre genaue Bestimmung stellt ein Hauptthema der energiemeteorologischen Forschung im DLR dar.
Für die Ermittlung der Gesamteffizienz der Kollektoren eines bestehenden Solarkraftwerks ist die Genauigkeit der Einstrahlungsmessungen entscheidend. Um Messfehler zu vermeiden, werden präzise Sensorkalibrierungen durchgeführt.
Für Kurzfristvorhersagen der Solarstrahlung und Untersuchungen dynamischer Effekte von Wolken auf die solaren Ressourcen und somit auf Kraftwerke und das Stromnetz nutzen die Wissenschaftler der solaren Energiemeteorologie Wolkenkameras, Schattenkameras und LiDAR-Systeme. Die Kurzfristvorhersagen für zirka die nächsten 15 Minuten können verwendet werden, um den Kraftwerks- und Netzbetrieb zu optimieren. Die kameragestützten Vorhersagen werden mit einem durch das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum des DLRs entwickelten Vorhersagesystem kombiniert, das auch die nächsten sechs Stunden und die nächsten Tage abdeckt.
Darüber hinaus werden weitere meteorologische Parameter, die sich auf die Effizienz von Solarkraftwerken auswirken, untersucht und geeignete Modelle und Messtechniken entwickelt:
Zur Untersuchung der Aerosole kommen ein AERONET Sonnenphotometer und LiDAR-Systeme zum Einsatz. Zur Bewertung der Aerosolkonzentration in Bodennähe werden Partikelzähler, Sichtweitesensoren und Transmissometer verwendet. Beispielsweise wird der Verschmutzungsgrad von Solarkraftwerken untersucht, da Staubablagerung die Reflektivität der Spiegel und die Transmission von Deckgläsern deutlich reduziert und dadurch die Effizienz der Anlagen abnimmt. Basierend auf speziellen Messmethoden werden Modelle für die Verschmutzung und die Taubildung auf den Kollektoren entwickelt, um diesen Effekt zu modellieren. Die Abschwächung der Solarstrahlung in Turmkraftwerken zwischen Spiegel und Strahlungsempfänger wird mit verschiedenen Methoden gemessen und modelliert.
Um die Qualität der meteorologischen Datengrundlage für Projektentwicklungen zu verbessern, erarbeitet das Institut für Solarforschung Standards und Richtlinien für die Erstellung bankfähiger Solarstrahlungsdaten. Diese Arbeit wird im Rahmen des IEA Solar Heating and Cooling Task 46: “Solar Resource Assessment and Forecasting“ und Photovoltaic Power Systems Task 16 “Solar Resource for High Penetration and Large Scale Applications” sowie SolarPACES Task V durchgeführt.